丁全財

摘要：面對能源和水資源緊缺、環(huán)境日益惡化以及因原煤價格上漲而引起的發(fā)電虧損現狀，作為能耗和排放大戶的火力發(fā)電廠，如何合理地利用煙氣余熱，成為火電廠提高機組效率、減少煤耗而達到節(jié)能降耗的主要舉措之一。基于此，文章介紹了通過加大對鍋爐連排水和煙氣余熱進行綜合利用的節(jié)能技術，并通過應用實例對該節(jié)能技術的經濟、環(huán)保效益進行了分析。

關鍵詞：火電廠；煙氣；余熱；綜合利用；節(jié)能

中圖分類號：TK267 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）09-0135-03

燃煤火力發(fā)電生產的電能占我國總電能的80%左右，在實際生產中，由于各種因素的影響，燃煤的熱值并沒有得到充分的利用。在當前原煤市場化而電能計劃化的大背景下，能源和水資源越來越緊缺使得原煤價格上漲，環(huán)境日益惡化傳導給企業(yè)的環(huán)保責任越來越大，在這些嚴峻挑戰(zhàn)面前，如何充分利用煤炭燃燒產生的熱能，成為火電廠在困境中尋求效益和謀求發(fā)展的主要舉措之一。

在火電廠中鍋爐尾氣、鍋爐連續(xù)排污水以及爐底排渣中的余熱具有可以綜合利用的價值，通過對這些殘余熱能的回收利用可以有效地提升電廠的經濟效益和環(huán)境效益。目前針對這些余熱的回收利用有很多種方式，比如利用鍋爐煙氣余熱加熱給水省煤器、將煙氣余熱作為空氣預熱器的熱量來源、利用鍋爐連排水余熱加熱鍋爐給水、利用爐膛底部的爐渣余熱加熱鍋爐燃燒空氣和給水，除了這些常用的余熱利用方式外，還有直接利用鍋爐連排水的發(fā)電裝置以及深度利用鍋爐尾部煙氣余熱的系統等。本文主要介紹了汽水系統余熱和鍋爐排煙系統余熱的綜合利用技術，并對其利用效果通過應用實例進行了探討與分析。

1 火電廠低溫余熱利用技術

1.1 汽水系統余熱利用技術

目前在鍋爐汽水系統的余熱回收利用上主要有兩個方面：一是將連排水直接引入到加熱器中用于加熱鍋爐給水，這種方式為常規(guī)的余熱利用方式，利用效率較低；二是利用火電廠鍋爐連排水中剩余的高品位熱能進行做功，再驅動發(fā)電機生產電能，輸出的水汽混合物再送至熱水站，用于生產供居民使用的熱水或供暖，這種方式能夠使余熱得到充分回收利用。這里的發(fā)電裝置是利用連排水余熱加熱螺桿膨脹動力機，再通過聯軸器帶動發(fā)電機發(fā)電的熱能利用系統。螺桿膨脹動力機構造及工作原理如圖1所示：

圖1 螺桿膨脹動力機構造及工作原理

做功完后排出的高溫水汽混合物首先進入機內陰陽螺桿齒槽A，使螺桿發(fā)生轉動，隨著螺桿的轉動，齒槽A逐漸旋轉至B、C、D位置，在此過程中由螺桿封閉的容積逐漸增大，熱水得以降壓、降溫而膨脹做功，最后從后端齒槽E排出，而做功產生的旋轉動力由陽螺桿通過聯軸器輸出給發(fā)電機，帶動發(fā)電機發(fā)電。螺桿膨脹發(fā)電機具有很好的適應能力，在過熱蒸汽、飽和蒸汽、汽水混合物以及高鹽分低品質的流體條件下都能表現出較好的性能，因而在鍋爐連排水壓力波動、溫度和流量不均衡的情況下可以很好地運行，而且可以實現無人值守。

1.2 鍋爐排煙系統的余熱利用技術

火電廠中排煙損失的熱能占了煤炭產生總熱能的5%～12%，占鍋爐總熱損失的80%甚至更高，因此鍋爐尾部煙氣余熱損失是火電廠余熱利用的重點。一般而言，排煙溫度每升高10℃，就會增加0.6%～1.0%的熱損失，這樣換算成煤電比則每度電增加煤耗2克左右。

我國在運的火電廠中，鍋爐排煙溫度一般都在125℃～150℃之間，排煙溫度偏高而導致的熱能損失已經成為火電廠面臨的困境之一。而目前對這部分余熱的回收大多采用的是在排煙系統中安裝煙氣冷卻器，通過空氣或水等導熱介質將余熱傳輸至鍋爐給水系統或進氣系統，對助燃空氣、冷凝水進行加熱而達到節(jié)能的目的。但是由于煙氣冷卻之后會使煙氣中的部分SO2等酸性腐蝕性氣體結露而對管壁等造成腐蝕，因而在實際應用中仍有很多問題需要解決。

近年來在歐美國家開始應用的煙氣深度冷卻器可以大幅度地降低煙氣溫度，曾經在丹麥應用時有過排煙溫度由190℃降低到90℃的記錄，表現出了顯著的節(jié)能效果。經過該冷卻器的高溫煙氣和其內部翅片管束中的冷水進行熱置換，使水得到加熱。該冷卻器主要分為高低溫設置于除塵器的前后，具體布置如圖2所示。

這種將冷卻器按照高、低溫段分開布置，并將高溫段布置在除塵器之前，將低溫段布置在除塵器之后的方式，能夠通過布置于除塵器之前的高溫段冷卻器將煙氣溫度降至120℃左右，從而提高其后面除塵器的效率，使其除塵效果更好、能耗更低，并且對使用布袋式除塵器的裝置而言，由于進入的煙氣溫度降低可以延長其使用壽命；而位于除塵器之后的冷卻器則可以對煙氣進行深度冷卻，并將余熱充分利用。

1.鍋爐；2.暖風機；3.空氣預熱器；4.煙氣冷卻器；5.靜電除塵器；6.煙氣冷卻器；7.脫硫塔；8.耐酸泵；9.濕煙囪

圖2 分高低溫布置在除塵器前后的冷卻器示意圖

采用這種冷卻器布置策略的余熱回收裝置主要使用于以下三種情況：一是除塵器采用布袋式除塵器而對煙氣溫度較敏感的新建工程中；二是除塵器進氣溫度在130℃～150℃之間或更高，而且增壓風機有400Pa上下裕量的改造工程中；三是煙氣溫度在130℃上下，在除塵器后方安裝高低溫一體型冷卻器空間不夠，且增壓風機有400Pa上下裕量的改造工程中。

除了以上介紹的布置方式外，該冷卻裝置的高、低溫段還可以合為一體布置于除塵器之后或是高、低溫分開而布置于除塵器之后，具體采取何種方式布置要根據現場實際情況、具體需求來進行優(yōu)選，從而使其達到最佳的余熱綜合利用效果，實現節(jié)能降耗、控制發(fā)電成本的目的。

2 余熱利用技術應用實例分析

2.1 汽水系統的余熱利用實例

以某火電廠2×200MW機組為例，其額定蒸發(fā)量為670t/h，2臺鍋爐的設計連排流量為12t/h，實際運行流量為8～10t/h。對其采用螺桿膨脹動力發(fā)電裝置改造之后，初期運行一臺鍋爐，并利用汽包排污閥來控制連排流量，使其達到裝置設計要求，這樣發(fā)電裝置發(fā)電功率達到200kW。通過運行測試確定該裝置的投入未對汽輪機發(fā)電機組造成不良影響，且機組運行安全可靠，實現了無人值守。應用效果得到驗證后對另一臺鍋爐開展改造，投運后2臺鍋爐正常運行時，發(fā)電裝置發(fā)電功率可達300kW的滿負荷額定容量運行。

應用效果分析：在2臺鍋爐正常運行情況下按發(fā)電功率為300kW計算，刨去發(fā)電裝置自損耗1.1kW，按鍋爐全年運行6500h，上網電價按0.35元/（kW·h）的情況下，采用該系統可以增加發(fā)電量（300-1.1）×6500=194.285萬度，可獲收益68.0萬元，而且同時還向社會提供了大量的熱水。這樣按機組的發(fā)電煤耗率為3209/（kW·h）計算，年可節(jié)省標煤621.71t。若按每噸煤燃燒要排放CO21.98t計算，每年可以減少CO2排放1231t，可見節(jié)能和環(huán)境效益都很明顯。

2.2 排煙系統的余熱利用實例

以某電廠300MW機組的深度冷卻器節(jié)能改造為例，在改造中采用在增壓風機和脫硫塔之間增設煙氣冷卻裝置，把鍋爐給水從6號低壓加熱器前通過管道引入煙氣冷卻器中，和煙氣進行熱交換后再送到5號低壓加熱器，在該環(huán)節(jié)煙氣溫度從152℃降低到108℃，而給水從83.8℃升高至103.7℃。本次技改投資為640萬元，改造用去45天。

節(jié)能效果分析：技改之后機組的排煙溫度降低44℃，使機組的發(fā)電煤耗降低約4g/（kW·h），該機組年運轉4500h，當時標準煤價為800元/t，該技改項目可實現年節(jié)約標煤5400t，費用432萬元，技改投資不到2年可收回，另外可減少CO2排放10692t，經濟效益和環(huán)境效益顯著。

3 結語

火電廠余熱的綜合利用技術的推廣和應用，不僅可以獲得良好的經濟和環(huán)境效益，同時能夠提高火電廠的節(jié)能減排能力，這既有利于電廠節(jié)約成本、提升競爭力和完成環(huán)保義務，同時又符合國家關于轉變發(fā)展方式、節(jié)能減排的發(fā)展思路。當然火電廠余熱利用技術不僅限于此，隨著科技的發(fā)展必將會有更加有效的回收利用技術出現，因此我們有理由相信，未來更加多元和先進的余熱利用技術必將對火電企業(yè)的運行和效益模式帶來深刻的變革。

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（責任編輯：趙秀娟）